6.1 Негізгі заңдар мен формулалар
6.1.1 ψ физикалық шамасының гармониялық тербелістерінің теңдеуі
немесе
)
sin(
)
cos(
0
0
0
0
t
А
t
А
6.1.2 Тербелістің циклдік жиілігі
2
немесе
Т
2
6.1.3 Гармониялық тербелістің периоды:
а) серіппелі маятник ҥшін
k
m
Т
/
2
б) математикалық маятник ҥшін
g
l
T
/
2
в) маятниктің ауырлық центрінен а қашықтықта орналасқан тербеліс ӛсіне
қатысты инерция моменті I тең физикалық маятник ҥшін
mga
I
T
2
г) тербелмелі контур ҥшін
LC
T
2
6.1.4 Гармониялық тербелістің толық энергиясы:
а) материялық нҥкте ҥшін
2
0
2
2
1
mA
W
б) тербелмелі контур ҥшін
2
0
2
2
1
LA
W
98
6.1.5 Ӛшу коэффициенті:
а) кедергі коэффициенті r тең орта ҥшін (механикалық тербелістерде)
m
r 2
б) электромагниттік тербелістер ҥшін
L
R 2
6.1.6 Ӛшпелі тербелістердің циклдік жиілігі
2
2
0
6.1.7 Ӛшпелі тербелістердің теңдеуі
)
cos(
0
0
t
е
t
6.1.8 Ӛшпелі тербелістердің амплитудасы
А = Ψ
0
е
– β t
6.1.9 Ӛшудің логарифмдік декременті
T
T
t
A
t
A
)
(
)
(
ln
6.1.10 Айнымалы ток тізбегінің кедергісі:
а) индуктивті
Х
L
= Lω
б) сыйымдылық
X
C
= 1/ Cω
в) реактив
X = Lω -1/ Cω
г) толық (импеданс)
Z =
2
2
1
C
L
R
99
6.1.11 Ток кҥшінің әсерлік мәні (эффективті)
I
эф
= I
o
/
2
6.1.12 Кернеудің әсерлік мәні (эффективті)
U
эф
= U
o
/
2
6.1.13 Айнымалы ток тізбегі ҥшін Ом заңы
I
эф
= U
эф
/
2
2
1
C
L
R
6.1.14 Жазық гармониялық толқын теңдеуі
немесе
)
cos(
)
,
(
)
(
cos
)
,
(
kx
t
A
t
х
x
t
A
t
х
6.1.15 Толқындық сан
2
k
немесе
k
6.1.16 Толқын ҧзындығы
=
Т немесе
=
/
6.1.17 Электр ӛтімділігі
және магнит ӛтімділігі
ортадағы электромагниттік
толқындардың жылдамыдығы
=с /
6.1.18 Электромагниттік толқындардың Е электр және Н магнит ӛрістерінің
кернеуліктері арасындағы байланыс
0
Е
2
=
0
Н
2
100
6.2 Есеп шығару үлгілері
6.2.1 1 есеп. Массасы 20г математикалық маятник амплитудасы 5см тең
тербеліс жасайды. Маятниктің максимал жылдамдығы 15,7 см/с тең.
Тербелістің сызықтық жиілігін, периодын және циклдік жиілігін, жіптің
ҧзындығын, толық энергия мен маятниктің максимал ҥдеуін анықтаңыздар.
Берілгені:
m=20г=2
10
-2
кг
A=5см=0,05м
max
=15,7см/с=15,7
10
-2
м/с
Шешу: Маятниктің гармониялық тербелістерінің
теңдеуі мына тҥрге ие:
х=А sin (
t+
0
),
мҧндағы х – маятниктің тыныштық қалпынан
ығысуы; А –тербелістің амплитудасы;
-циклдік
жиілік;
0
- тербелістің бастапқы фазасы
-?
-?
-? l-? W-? a
max
-?
Маятник тербелісінің жылдамдығы
)
cos(
0
t
A
dt
dx
=
max
болғанда cos(
t+
0
)=1, сондықтан:
max
=A
,
осыдан
A
max
(6.1)
=
с
м
с
м
1
/
(6.1) формуласына есептің шартында берілген сандық мәндерді қойып
есептейміз
=15,7
10
-2
/(5
10
-2
)=3,14 с
-1
Т период пен
сызықтық жиілікті табамыз:
2
Т
;
2
1
Т
(6.2)
2
14
,
3
14
,
3
2
Т
с;
2
1
с
-1
=0,5Гц.
Маятниктің ҧзындығын математикалық маятниктің периодын анықтау
формуласы арқылы табамыз
101
g
l
T
2
,
осыдан
2
2
4
g
T
l
, (6.3)
мҧндағы g-еркін тҥсу ҥдеуі.
(6.3) формуласындағы ӛлшем бірліктерді тексеріп, есептеулер жҥргіземіз:
l
=c
2
м/c
2
=м
1
14
,
3
4
8
,
9
2
2
2
l
м
Маятниктің толық энергиясы мына формула бойынша анықталады:
2
2
2
1
mA
W
(6.4)
W
= кг
м
2
(с
-1
)
2
= Дж
(6.4 ) формуласы бойынша есептеулер жҥргіземіз:
W=2
10
-2
(5
10
-2
)
2
3,14
2
/2=2,5
10
-4
Дж.
Маятниктің ҥдеуі
)
sin(
0
2
t
A
dt
d
а
а=a
max
болғанда
1
)
sin(
0
t
, сондықтан
а
max
=A
2
(6.5)
(6.5) формуласы бойынша a
max
ӛлшем бірлігін тексереміз:
а
=м
2
2
1
с
м
с
(6.5) формуласына сандық мәндерін қойып, есептеулер жҥргіземіз
а
max
=5
10
-2
3,14
2
0,5м/с
2
Жауабы:
=0,5 Гц; Т=2с;
=3,14с
-1
; l
1м; W=2,5
10
-4
Дж; а
max
0,5 м/с
2
.
102
6.2.2 2 есеп. Массасы m=0,01кг бӛлшек периоды Т=2с тең гармониялық
тербелістер жасайды. Тебелмелі нҥктенің толық энергиясы W=0,1мДж.
Тербеліс амплитудасын және бӛлшекке әсер ететін F
max
кҥштің максимал мәнін
анықтаңыздар.
Берілгені:
m=0,01кг
Т=2с
W=0,1мДж=0,1
10
-3
Дж
Шешуі: Тербелістің амплитудасын анықтау ҥшін
бӛлшектің толық энергиясын табу ӛрнегін
пайдаланамыз:
2
2
2
1
mA
W
,
А-? F
max
-?
мҧндағы
Т
2
. Осыдан тербелістің амплитудасы
m
W
Т
А
2
2
. (6.6)
Бӛлшек гармониялық тербелістер жасағандықтан, оған әсер ететін кҥш
квазисерпімді болып табылады, сондықтан ол мына қатынас арқылы
ӛрнектеледі
F=-kx,
мҧндағы k – квазисерпімді кҥштің коэффициенті; х – тербелмелі нҥктенің
ығысуы .
Максимал кҥш амплитудаға тең х
max
максимал ығысу кезінде болады:
|F
max
|=kA. (6.7)
k коэффициентін тербеліс периоды арқылы ӛрнектейміз:
.
4
2
2
2
T
m
m
k
(6.8)
k және А мәндерін (6.7) формуласына қойып, мынаны тбамыз
T
mW
F
2
2
max
. (6.9)
(6.6) және (6.9) формулалары бойынша А амплитуда мен F
max
максимал
кҥштің ӛлшем бірліктерін тексереміз:
м
кг
с
м
кг
с
кг
Дж
с
А
2
/
1
2
/
1
2
/
1
2
/
1
Н
с
м
кг
с
с
м
кг
кг
с
Дж
кг
F
2
2
/
1
2
/
1
1
2
/
1
2
/
1
max
103
Табылған ӛлшем бірліктері анықталған шамаларға сәйкес келеді, сондықтан
(6.6) және (6.9) формулалары дҧрыс.
(6.6) және (6.9) формулаларына сандық мәндерін қойып, есептеулер
жҥргіземіз:
;
45
045
,
0
10
10
2
14
,
3
2
2
2
4
мм
м
м
A
2
10
10
2
14
,
3
2
4
2
max
F
Н=4,44
10
-3
Н=4,44мН.
Жауабы: А= 45мм; F
max
= 4,44мН.
6.2.3 3 есеп. Тербелмелі контурдағы конденсатор астарларының
арасындағы потенциалдар айырмасы уақыт ӛте U=100sin 1000
t заңы бойынша
ӛзгереді. Конденсатордың электрлік сыйымдылығы 0,5мкФ. Контурдың
энергиясын, индуктивтілігін, меншікті тербелістерінің периодын және
индуктивті катушка арқылы ӛтетін токтың максимал мәнін анықтаңыздар.
Берілгені:
U=100sin 1000
t
C=0,5
10
-6
Ф
Шешуі: Конденсатордағы кернеу гармониялық заң
бойынша ӛзгереді
U=U
0
sin
0
t, (6.10)
Т-? L-? W-? I
max
-?
мҧндағы U
0
- конденсатор астарларындағы кернеудің
амплитудалық (максимал) мәні;
0
– тербелістердің
меншікті циклдік жиілігі. Ол периодпен мына қатынас
арқылы байланысқан
0
2
Т
. (6.11)
(6.10) формуласын есептің шартында берілген U-дың ӛрнегімен
салыстыра отырып,
0
= 1000
екенін анықтаймыз. Осыдан
002
,
0
1000
2
1
с
Т
с.
Контурдағы меншікті тербелістер периоды Томсон формуласы бойынша
анықталады
LC
T
2
,
104
осыдан
;
4
2
2
C
T
L
Ф
c
L
6
2
2
6
10
5
,
0
14
,
3
4
10
4
0,2 Гн.
Контурдың толық энергиясы W– ол
2
2
СU
W
э
электрлік және
2
2
LI
W
м
магниттік энергиялар қосындысына тең және конденсатор ӛрісінің максимал
энергиясына тең.
W=
2
2
max
max
CU
W
э
(6.12)
немесе индуктивті катушка ӛрісінің максимал энергиясына тең
W=
2
2
max
max
LI
W
м
. (6.13)
(6.12) формуласы бойынша W анықтаймыз:
2
100
10
5
,
0
2
6
W
=2,5
10
-3
Дж=2,5мДж.
Толық энергияны біле отырып, индуктивті катушка арқылы ӛтетін ток
кҥшінің максимал мәнін (6.13 ) формуласының кӛмегімен анықтай аламыз:
;
2
max
L
W
I
2
,
0
10
5
,
2
2
3
max
I
=0,15 А.
Жауабы: Т=0,002с, L=0,2Гн, W=2,5мДж, I
max
=0,15А.
6.2.4 4 есеп. Ҧзындығы l=1м математикалық маятник тербелістерінің
амплитудасы t=10мин уақыт аралығында 2 есеге кеміген. Ӛшудің
логарифмдік декрементін анықтаңыздар.
105
Берілгені:
l=1м
t=10мин=600с
2
0
А
А
Шешуі: Ӛшпелі тербелістердің амплитудасы мына формула
бойынша ӛрнектеледі
А=А
0
е
-
t
, (6.14)
мҧндағы А
0
- тербелістің бастапқы амплитуласы,
- ӛшу коэффициенті
-?
(6.14) формуласынан мынаны табамыз:
t
е
А
А
0
,
t
A
A
0
ln
,
t
A
A
0
ln
(6.15)
Ӛшудің логарифмдік декременті
мен ӛшу коэффициенті
мына қатынас
арқылы байланысқан:
=
Т, (6.16)
мҧндағы Т-тербеліс периоды. Математикалық маятник ҥшін
g
l
T
2
(6.17)
(6.15) және (6.17) ӛрнектерін (6.16) формуласына қойып, ӛшудің логарифмдік
декрементін табу ҥшін соңғы формуланы жазамыз:
g
l
t
A
A
2
ln
0
(6.18)
Сандық мәндерін қойып, есептеулер жҥргіземіз:
3
10
31
,
2
8
,
9
1
14
,
3
2
600
2
ln
.
Жауабы:
= 2,31
10
-3
.
6.2.5 5 есеп. Тербелмелі контур индуктивтілігі L=1,2 мГн катушка мен
электрлік сыйымдылығы С
1
=12пФ ден С
2
=80пФ дейін айнымалы ӛзгеретін
конденсатордан тҧрады. Осы контурда резонанс тудыратын электромагниттік
толқындар ҧзындығының диапазонын анықтаңыздар. Контурдың актив
кедергісін нольге тең деп есептеңіздер.
106
Берілгені:
L=1,2мГн=1,2
10
-3
Гн
С
1
=12пФ=12
10
-12
Ф
С
2
=80пФ=80
10
-12
Ф
R=0
Шешуі:
Контурда
резонанс
тудыра
алатын
электромагниттік
толқындардың
ҧзындығы
контурдағы Т тербеліс периодымен мына қатынас
арқылы байланысқан:
=сТ,
мҧндағы с- электромагниттік толқындар жылдамдығы.
1
-?
2
-?
Тербеліс периоды ӛз кезегінде катушка L индуктивтілігі мен конденсатордың
С электрлік сыйымдылығымен Томсон формуласы арқылы байланысқан:
LC
T
2
.
Сондықтан
LC
с
2
. (6.19)
Есептің шарты бойынша контурдың индуктивтілігі тҧрақты, ал контурдың
сыйымдылығы С
1
ден С
2
дейін ӛзгере алады. Электрлік сыйымдылығының осы
мәндеріне резонанс тудыра алатын толқын ҧзындығының диапозонын
анықтайтын
1
және
2
толқын ҧзындықтары сәйкес келеді:
1
1
2
LC
с
;
2
2
2
LC
с
. (6.20)
(6.19) формуласына сәйкес
толқын ҧзындығының ӛлшем бірлігін тексереміз:
[
] = м
с
-1
2
1
2
1
Ф
Гн
=
2
1
2
1
)
(
)
(
В
Кл
А
с
В
с
м
=м
(6.20) формуласына сандық мәндерін қойып есептеулер жҥргіземіз:
1
= 3
10
8
2
3,14
12
3
10
12
10
2
,
1
=226 м.
2
= 3
10
8
2
3,14
12
3
10
80
10
2
,
1
=585 м.
Жауабы:
1
=226 м,
2
=585 м.
6.2.6 6 есеп. Жазық электромагниттік толқын ортада (
=9) тарала отырып,
Н=2cos2
(2
10
7
t - 0,2х) теңдеуімен ӛрнектеледі. Тербеліс периоды мен жиілігін,
толқын ҧзындығын және оның таралу жылдамдығын, ортаның магниттік
ӛтімділігін анықтаңыздар.
107
Берілгені:
=9
Н=2cos2
(2
10
7
t - 0,2х)
Шешуі:
Жазық
электромагниттік
толқын
теңдеуінің жалпы тҥрі:
Н=Н
m
соs2
(
х
T
t
), (6.21)
Т-?
-?
-?
-?
- ?
мҧндағы Н
m
– магнит ӛрісі кернеулігі векторының тербеліс амплитудасы;
Т-тербеліс периоды;
- толқын ҧзындығы; t- уақыт; х- координата. (6.21)
теңдеуін есептің шартында берілген теңдеумен салыстыра отырып, мынаны
табамыз:
T
1
=2
10
7
c
-1
,
1
= 0,2 м
-1
,
осыдан:
T=
7
10
2
1
=5
10
-8
c;
=
2
,
0
1
=5м.
Толқын ҧзындығы, жиілік, период және толқынның жылдамдығы мына
қатынастар арқылы байланысқан:
;
Т
=
T
1
Сондықтан
=5 / (5
10
-8
)= 10
8
м/с;
=1/ (5
10
-8
)= 2
10
7
с
-1
.
Электромагниттік толқындар жыламдығы ортаны сипаттайтын
және
шамаларымен мына қатынас арқылы байланысқан
с
, (6.22)
мҧндағы
және
- ортаның электр және магнит ӛтімділіктері; c – вакуумдағы
жарық жылдамдығы. (6.22) формуласынан мынаны табамыз
2
2
с
.
1
)
10
(
9
)
10
3
(
2
8
2
8
Жауабы: Т= 5
10
-8
c;
=5 м;
= 10
8
м/с;
=2
10
7
с
-1
;
=1.
108
Ф И З И К А I БӚЛІМІ БОЙЫНША ӚЗ БЕТІМЕН ЖҦМЫС ІСТЕУГЕ
АРНАЛҒАН ТЕСТІК ТАПСЫРМАЛАР
7.1 К и н е м а т и к а
7.1.1 Материялық нҥкте деп нені ескермеуге болатын денені айтамыз:
А) массаны; В) масса мен ӛлшемдерін; С) масса мен пішінін;
D) ӛлшемі мен пішінін; Е) ӛлшемдерін.
7.1.2 Орын ауыстыру векторы дегеніміз:
А) санақ басынан материялық нҥктенің берілген уақыт мезетіндегі орнына
жҥргізілген вектор;
В) материяық нҥктенің берілген уақыт аралығында жҥріп ӛткен жолы;
С) қозғалыстағы материялық нҥктенің бастапқы орнынан оның соңғы
орнына жҥргізілген вектор;
D) қозғалыстағы материялық нҥктенің белгілі уақыт аралығында сызып
ӛткен траекториясы ҧзындығының модуліне тең вектор, ал оның бағыты
қозғалыс бағытымен бағыттыас;
Е) материялық нҥктенің жылдамдық векторының қозғалыс уақытына
кӛбейтіндісіне тең шама.
7.1.3 Дене жҥріп ӛткен ∆S жол және ∆r орын ауыстыру векторының модульі
мына қатынас арқылы байланысқан:
А) ∆r>ΔS; В) Δr<ΔS; С) Δr=ΔS; D) Δr≤ΔS; Е) Δr≥ΔS.
7.1.4 Бірқалыпты тҥзусызықты қозғалыс мына формуламен ӛрнектеледі:
A) a = const; B)
a
=const; C)
F
=const; D) a =(
-
o
)/t; E)
= const..
7.1.5 Кез-келген уақыт мезетінде дененің жылдамдық веторы мен ҥдеу
векторымен 0
о
бҧрыш жасайды. Бҧл дене қалай қозғалады?
А) Тыныштық қалпын сақтайды. В) Бірқалыпты тҥзусызықты.
C) Шеңбер бойымен бірқалыпты. D) Тҥзусызықты бірқалыпсыз.
Е) Бірқалыпты ҥдемелі тҥзусызықты.
7.1.6 Кез-келген уақыт мезетінде дененің жылдамдық векторы ҥдеу
векторымен тік бҧрыш жасайды. Бҧл дене қалай қозғалады?
А) Тыныштық қалпын сақтайды.
В) Бірқалыпты тҥзусызықты.
C) Шеңбер бойымен бірқалыпты.
D) Тҥзусызықты бірқалыпсыз.
Е) Бірқалыпты ҥдемелі тҥзусызықты.
109
7.1.7 Нормаль ҥдеудің векторы мына формула бойынша анықталады:
А)
R
а
n
2
; B)
n
R
а
n
2
; C)
dt
d
а
n
; D)
r
а
n
2
; E)
n
dt
r
d
а
n
2
2
.
7.1.8
Тангенциал ҥдеудің векторы мына формула бойынша анықталады:
А)
R
а
2
; B)
n
R
а
n
2
; C)
dt
d
а
; D)
r
а
n
2
; E)
n
dt
r
d
а
n
2
2
.
7.1.9 Қисық сызықты қозғалыс кезінде тангенциал ҥдеу мынаны сипаттайды:
А) жылдамдық векторының шамасы мен бағыты бойынша ӛзгеру тездігін;
В) бҧрыштық жылдамдықтың шамасы бойынша ӛзгеруін;
С) жылдамдық векторының бағыты бойынша ӛзгеру тездігін;
D) жылдамдық векторының шамасы бойынша ӛзгеру тездігін;
Е) бҧрыштық жылдамдықтың бағыты бойынша ӛзгеру тездігін.
7.1.10 Қисық сызықты қозғалыс кезінде нормаль ҥдеу мынаны сипаттайды:
А) жылдамдық векторының шамасы мен бағыты бойынша ӛзгеру тездігін;
В) бҧрыштық жылдамдықтың шамасы бойынша ӛзгеруін;
С) жылдамдық векторының бағыты бойынша ӛзгеру тездігін;
D) жылдамдық векторының шамасы бойынша ӛзгеру тездігін;
Е) бҧрыштық жылдамдықтың бағыты бойынша ӛзгеру тездігін.
7.1.11 Ҥдеу векторын анықтау формуласының жалпы тҥрі:
А)
dt
d
a
; В)
2
2
dt
s
d
a
; C)
n
R
a
2
; D)
2
2
a
a
a
n
;
Е)
2
2
2
z
y
x
a
a
a
a
.
7.1.12 Суретте кемімелі қозғалыс жасап келе жатқан
бӛлшек траекториясының бӛлігі кӛрсетілген. С
нҥктесіндегі бӛлшектің толық ҥдеуі қай вектормен
бағыттас:
А) 1; В) 2; С) 3; D) 4; Е) 5.
7.1.13 Егер жоғарыдағы суретте ҥдемелі қозғалып келе жатқан бӛлшек
траекториясының бӛлігі кӛрсетілген болса, онда С нҥктесіндегі бӛлшектің
толық ҥдеуінің векторы қай вектормен сәйкес келеді:
А) 1; В) 2; С) 3; D) 4; Е) 5.
7.1.14 Айналмалы қозғалыстың бҧрыштық жылдамдығы айналу жиілігі және
айналу периодымен мына қатынас арқылы байланысқан:
А)
=
/T және
=2
/
; В)
=2
/T және
=2
; C)
=2
T және
=2
;
D)
=
Т және
=ν/2
; Е)
=T/2
және
=
/
.
110
7.1.15 Нҥкте шеңбер бойымен тҧрақты жыдамдықпен қозғалады. Оның
жыламдығы 2 есеге артқан кезде нҥктенің ҥдеуі қалай ӛзгерді:
А) 2 есеге кемиді; B) 2 есеге артады; C) ӛзгермейді;
D) 4 есеге кемиді; E) 4 есеге артады.
7.1.16 a
тангециал және a
n
нормаль ҥдеулерінің қандай мәндерінде дене тҥзу
сызықты бірқалыпсыз қозғалады:
A)
0
;
0
n
a
a
; B)
0
;
0
n
a
a
Достарыңызбен бөлісу: |